Шахтная плавка окисленной никелевой руды, страница 4

Значительно легче идет разложение карбоната магния, о чем в первом приближении можно предполагать на основании сравнения теплот образования карбонатов:

Карбонат магния при атмосферном давлении разлагается в интервале температур 400-450. Углекислый никель относится к числу наиболее легко разложимых карбонатов.

Сульфат никеля является более прочным химическим соединением, чем карбонат. Для этого соединения установлено следующее нарастание давления диссоциации с повышением температуры:

Температура,  …...……………………….  700    800     900      945

Давление диссоциации, мм рт. ст. …………. 12,6  114,0  1030,0  2200,0

При нагревании в атмосфере окиси углерода сульфат никеля восстанавливается при температурах 600-800 до состояния сульфида; поэтому при плавке сульфата никеля на штейн нет необходимости вводить в шихту дополнительное количество сульфидирующего реагента.

Наиболее трудно разлагаемым сульфатом в шихте никелевой плавки является сульфат кальция. Разложение сульфата кальция при нагревании в атмосфере воздуха наблюдается при температурах выше 1200.

При контакте сульфата кальция с другими окислами давление диссоциации его при нагревании заметно увеличивается. При изучении равновесий

установлено, что присутствие кремнезема и других окислов заметно понижает температуру разложения сульфата кальция.

Взаимодействие сульфата кальция с сульфидами:

приводит к выделению серы сульфата в печные газы и обусловливает десульфуризацию процесса плавки.

Экспериментально установлено, что восстановление сернокислого кальция за счёт окиси углерода наблюдается при температурах 680-700.

В верхних горизонтах печи при нагревании шихты до 700-800 вслед за дегидратацией гипса происходит восстановление сернокислого кальция до состояния сульфида, который оказывает сульфидирующее действие на окисленные соединения никеля и железа.

В верхних и средних горизонтах печи идут следующие реакции:

Суммарная реакция этих процессов может быть выражена следующим уравнением:

Для полноты реакций в твёрдых фазах большое значение имеет хороший взаимный контакт реагирующих веществ, требуется очень тщательная подготовка шихты к плавке, т.е. мелкое дробление и хорошее перемешивание всех шихтовых компонентов, поступающих в агломерацию.

Непосредственная загрузка гипса и известняка в шахтную печь обусловливает послойную загрузку различных шихтовых материалов и ухудшает их взаимный контакт. Однако, даже и при условии хорошего перемешивания тонко измельчённых шихтовых компонентов в реальных условиях заводского процесса вряд ли можно обеспечить полный контакт никелевых соединений с гипсом, тем более, что содержание никеля в шихте обычно составляет всего 1-1,5%.

Значительная часть никеля внутри отдельных кусков агломерата или руды неизбежно остается в форме неразложившегося сложного силиката, который в нижней части печи переходит в шлак.

В шахтной печи сульфидирование никеля начинается в подготовительной зоне, в твёрдых фазах, и продолжается при взаимодействии расплава с твердым сернистым кальцием в средней и нижней зонах печи. Этот процесс заканчивается в жидких фазах над фурмами и в области внутреннего горна печи.

Наряду с сульфидированием никеля, идет процесс сульфидирования окисленных соединений железа в твердых фазах и на границе соприкосновения расплава с твёрдым сернистым кальцием.

Из побочных реакций, которые способствуют повышенной десульфуризации в процессе, наибольшее значение имеют:

В связи с побочными реакциями в плавку вводят всегда некоторый избыток гипса, до 50%, против теоретически требующегося его количества. Следует отметить, что большой избыток гипса приводит к значительному увеличению десульфуризации и почти не влияет на состав штейна.

Иное влияние на состав штейна оказывает пирит: с увеличением добавки пирита к шихте выход штейна увеличивается, а содержание в нем никеля соответственно уменьшается. В природе пирит всегда содержит некоторое количество меди, которая при плавке полностью переходит в штейн и затрудняет получение из него чистого металлического никеля.